La biofísica es una ciencia interdisciplinaria que aplica enfoques y métodos utilizados tradicionalmente en física para estudiar fenómenos biológicos . [1] [2] [3] La biofísica cubre todas las escalas de organización biológica , desde la molecular hasta la organísmica y las poblaciones . La investigación biofísica comparte importantes coincidencias con la bioquímica , la biología molecular , la química física , la fisiología , la nanotecnología , la bioingeniería , la biología computacional , la biomecánica , la biología del desarrollo y la biología de sistemas .
El término biofísica fue introducido originalmente por Karl Pearson en 1892. [4] [5] El término biofísica también se utiliza regularmente en el mundo académico para indicar el estudio de las cantidades físicas (por ejemplo, corriente eléctrica , temperatura , estrés , entropía ) en sistemas biológicos. Otras ciencias biológicas también realizan investigaciones sobre las propiedades biofísicas de los organismos vivos, incluida la biología molecular , la biología celular , la biología química y la bioquímica .
La biofísica molecular generalmente aborda cuestiones biológicas similares a las de la bioquímica y la biología molecular , buscando encontrar los fundamentos físicos de los fenómenos biomoleculares. Los científicos en este campo realizan investigaciones preocupadas por comprender las interacciones entre los diversos sistemas de una célula, incluidas las interacciones entre el ADN , el ARN y la biosíntesis de proteínas , así como también cómo se regulan estas interacciones. Se utiliza una gran variedad de técnicas para responder a estas preguntas.
Para visualizar estructuras se utilizan a menudo técnicas de imágenes fluorescentes , así como microscopía electrónica , cristalografía de rayos X , espectroscopia de RMN , microscopía de fuerza atómica (AFM) y dispersión de ángulo pequeño (SAS), tanto con rayos X como con neutrones (SAXS/SANS). de importancia biológica. La dinámica de las proteínas se puede observar mediante espectroscopia de eco de espín de neutrones . El cambio conformacional en la estructura se puede medir utilizando técnicas como la interferometría de polarización dual , el dicroísmo circular , SAXS y SANS . La manipulación directa de moléculas mediante pinzas ópticas o AFM también se puede utilizar para monitorear eventos biológicos donde las fuerzas y distancias están en la nanoescala. Los biofísicos moleculares suelen considerar los acontecimientos biológicos complejos como sistemas de entidades que interactúan y que pueden entenderse, por ejemplo, mediante la mecánica estadística , la termodinámica y la cinética química . Al extraer conocimientos y técnicas experimentales de una amplia variedad de disciplinas, los biofísicos a menudo pueden observar, modelar o incluso manipular directamente las estructuras e interacciones de moléculas individuales o complejos de moléculas.
Además de los temas biofísicos tradicionales (es decir, moleculares y celulares), como la biología estructural o la cinética enzimática , la biofísica moderna abarca una gama extraordinariamente amplia de investigaciones, desde la bioelectrónica hasta la biología cuántica que involucran herramientas tanto experimentales como teóricas. Cada vez es más común que los biofísicos apliquen los modelos y técnicas experimentales derivados de la física , así como de las matemáticas y la estadística , a sistemas más grandes como tejidos , órganos , [6] poblaciones [7] y ecosistemas . Los modelos biofísicos se utilizan ampliamente en el estudio de la conducción eléctrica en neuronas individuales , así como en el análisis de circuitos neuronales tanto en tejidos como en todo el cerebro.
La física médica , una rama de la biofísica, es cualquier aplicación de la física a la medicina o la atención sanitaria , desde la radiología hasta la microscopía y la nanomedicina . Por ejemplo, el físico Richard Feynman teorizó sobre el futuro de la nanomedicina . Escribió sobre la idea de un uso médico para las máquinas biológicas (ver nanomáquinas ). Feynman y Albert Hibbs sugirieron que algún día algunas máquinas de reparación podrían reducirse de tamaño hasta el punto de que sería posible (como dijo Feynman) " tragarse al médico ". La idea fue discutida en el ensayo de Feynman de 1959 Hay mucho espacio en el fondo . [8]
Los estudios de Luigi Galvani (1737-1798) sentaron las bases para el campo posterior de la biofísica. Algunos de los primeros estudios en biofísica fueron realizados en la década de 1840 por un grupo conocido como la escuela de fisiólogos de Berlín. Entre sus miembros se encontraban pioneros como Hermann von Helmholtz , Ernst Heinrich Weber , Carl FW Ludwig y Johannes Peter Müller . [9]
A William T. Bovie (1882-1958) se le atribuye el mérito de ser uno de los líderes del desarrollo posterior de este campo a mediados del siglo XX. Fue un líder en el desarrollo de la electrocirugía .
La popularidad del campo aumentó cuando se publicó el libro ¿ Qué es la vida? de Erwin Schrödinger . Desde 1957, los biofísicos se han organizado en la Sociedad de Biofísica , que ahora cuenta con unos 9.000 miembros en todo el mundo. [10]
Algunos autores como Robert Rosen critican la biofísica porque el método biofísico no tiene en cuenta la especificidad de los fenómenos biológicos. [11]
Si bien algunos colegios y universidades tienen departamentos dedicados a la biofísica, generalmente a nivel de posgrado, muchos no tienen departamentos de biofísica a nivel universitario, sino que tienen grupos en departamentos relacionados como bioquímica , biología celular , química , informática , ingeniería , matemáticas , medicina . , biología molecular , neurociencia , farmacología , física y fisiología . Dependiendo de los puntos fuertes de un departamento de una universidad, se dará diferente énfasis a los campos de la biofísica. Lo que sigue es una lista de ejemplos de cómo cada departamento aplica sus esfuerzos hacia el estudio de la biofísica. Esta lista no es exhaustiva. Tampoco cada materia de estudio pertenece exclusivamente a ningún departamento en particular. Cada institución académica establece sus propias reglas y existe mucha superposición entre departamentos. [ cita necesaria ]
Muchas técnicas biofísicas son exclusivas de este campo. Los esfuerzos de investigación en biofísica a menudo los inician científicos que eran biólogos, químicos o físicos de formación.
En ruso, resumen en inglés. Traducciones disponibles en italiano, español, inglés, francés
